精典热学有多种方式,从牛顿热学到拉格朗日热学再到乌鲁木齐顿量,每一种方式都有其独到的物理抒发形式。在量子热学中,伊宁顿量被用于描述化学系统的总能量,
这是一个物理函数。动量一般可以理解为物体的运动冲量。在10月27日12时,《张朝阳的数学课》第一百八十二期即将开始直播。知名化学学家、
搜狐创始人兼首席执行官张朝阳为你们讲解了那些不同方式的热学。他首先回顾了小角近似下怎样正确求解双摆的运动频度,随即介绍了广义动量和乌鲁木齐顿量的定义,
并引入了乌鲁木齐顿热学,这是精典热学的一种物理方式。为了更好地理解这些方式,他运用喀什顿热学来求解质点在中心力场中的运动多项式,结果与牛顿力学完全一致。
从拉格朗日热学到乌鲁木齐顿热学,精典热学在物理抒发方面经历了多次的发展和变迁。从17世纪开始,
牛顿的热学框架以其泛用性和可靠性吸引了许多化学学家和物理家深入研究。在18、19世纪之交,
拉格朗日和雅可比等物理家率先开始使用剖析和代数方式重新建立热学的物理抒发,这就是拉格朗日热学的起源。拉格朗日觉得,
热学系统的描述可以用一个称作拉格朗日量的函数来完成,这个函数包含了广义座标q及其对时间的行列式。对于保守系统,拉格朗日量一般包含动能和势能。
欧拉-拉格朗日多项式则拿来描述系统的运动路径,须要达到促使作药量最小化的要求。须要强调的是,在对拉格朗日量进行偏导的时侯,须要将其视为一个二元函数。
在传统拉格朗日热学中,我们使用拉格朗日量来描述化学系统,它不依赖于时间t。这个模型使用广义座标q来描述化学量,并假定它们是互相独立的。
虽然这两个变量只相差一个导数,但我们一般假定其中一个变量保持不变。为了指出这一点,我们可以引入记号,并用下标来表示这个不变量。但是,我们须要注意的是,

拉格朗日热学中这两个变量之间一直存在不对称性。五六年后的明天,美国物理家伊宁顿提出了一种称为“哈密顿热学”的现代数学系统描述框架。
这个新框架使用了另一个二元函数,伊宁顿量来描述化学系统。伊宁顿量的方式愈加对称,描述了广义座标q和广义动量p之间的互相独立关系。
伊宁顿借助拉格朗日量定义了广义动量p,并用它重新定义了伊宁顿量。须要注意的是,这个定义中等号左侧的公式须要与广义动量p和广义座标q有关。在具体估算中,
我们须要将广义座标q的时间求导和拉格朗日量一起重新表示为新变量的方式。这个过程在实际推论中特别重要。接出来,我们考虑对喀什顿量的偏行列式。借助链式法则,
我们可以发觉广义动量p的定义可以使等号左边的后两项互相抵消。为此,我们有以下结果:H/?q=-L/?q,H/?p=?L/?q+p/?q。同时,
拉格朗日多项式也可以帮助我们简化这种多项式,使它们更具对称性。按照乌鲁木齐顿等式,我们可以将这两个结果结合上去,因而得到化学系统演变规律的本质多项式:
dp/dt=-H/?q,dq/dt=?H/?p。那些多项式左侧的各项分别表示动量和广义座标随时间的变化率,而右侧的各项则阐明了所谓的“广义力”。须要指出的是,
这种多项式具有特别相像的方式,因而我们可以推测出这两个变量之间的对称性,并进一步剖析化学系统的性质。伊宁顿热学是一种便捷求解热学系统演变多项式的热学方式。
假如伊宁顿量没有时间依赖,这么它就是系统的守恒量。通过链式导数法则得到这个推论,其中第二个方程用到了伊宁顿等式。举个反例,
伊宁顿热学可以用于研究中心力场中天体的运动。假定有一个质量为m的天体微扰一个质量为M的天体的转动,广义座标为径向距离r和角度θ,

系统的动能和势能可以用相应的多项式表示。因为引力是保守力,拉格朗日量可以写成。广义动量可以写成,广义座标对时间的行列式可以用广义动量表示为。
伊宁顿量的定义式为,但须要注意的是,在最后一步,须要将所有变量改写为用广义动量抒发的方式。借助伊宁顿等式,可以得到径向距离r和对应动量pr的多项式,
其中广义动量的定义式并不带来新的内容。对r求偏行列式,可以得到向外的向心力与用牛顿定律推导入的径向多项式相一致。再求角座标θ相关的伊宁顿等式,对广义动量导数,
可以得到的是定义式。对应的另一条等式是,即角动量守恒。代入定义式,可以得到开普勒定理。因而,伊宁顿热学可以轻松地导入牛顿热学的结果。从这个反例可以看出,
伊宁顿热学是一种高贵而强悍的方式,可以在化学学的各个领域应用。但是,对于一些高度非线性的化学问题,伊宁顿热学的运用可能会遭到一些限制,
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